1、第 1 页 共 16 页腐蚀与防护试题1 化学腐蚀的概念、及特点答案：化学腐蚀：介质与金属直接发生化学反应而引起的变质或损坏现象称为金属的化学腐蚀。是一种纯氧化-还原反应过程，即腐蚀介质中的氧化剂直接与金属表面上的原子相互作用而形成腐蚀产物。在腐蚀过程中，电子的传递是在介质与金属之间直接进行的，没有腐蚀电流产生，反应速度受多项化学反应动力学控制。归纳化学腐蚀的特点在不电离、不导电的介质环境下反应中没有电流产生，直接完成氧化还原反应腐蚀速度与程度与外界电位变化无关2、金属氧化膜具有保护作用条件，举例说明哪些金属氧化膜有保护作用，那些没有保护作用，为什么？答案：氧化膜保护作用条件：氧化膜致密完整程
2、度；氧化膜本身化学与物理稳定性质；氧化膜与基体结合能力；氧化膜有足够的强度氧化膜完整性的必要条件：PB 原理：生成的氧化物的体积大于消耗掉的金属的体积，是形成致密氧化膜的前提。PB 原理的数学表示：反应的金属体积：V M = m/ m-摩尔质量氧化物的体积： V MO = m/ 用 = VMO/ VM = m /（ m ）当 1 金属氧化膜具备完整性条件部分金属的 值氧化物 氧化物 氧化物 MoO3 3.4 WO3 3.4 V2O5 3.2Nb2O5 2.7 Sb2O5 2.4 Bi2O5 2.3Cr2O3 2.0 TiO2 1.9 MnO 1.8FeO 1.8 Cu2O 1.7 ZnO 1.
3、6Ag2O 1.6 NiO 1.5 PbO2 1.4SnO2 1.3 Al2O3 1.3 CdO 1.2MgO 1.0 CaO 0.7MoO3 WO3 V2O5 这三种氧化物在高温下易挥发，在常温下由于 值太大会使体积膨胀，当超过金属膜的本身强度、塑性时，会发生氧化膜鼓泡、破裂、剥离、脱落。 Cr2O3 TiO2 MnO FeO Cu2O ZnO Ag2O NiO PbO2 SnO2 Al2O3 这些氧化物在一定温度范围内稳定存在， 值适中。这些金属的氧化膜致密、稳定，有较好的保护作用。MgO CaO 值较小，氧化膜不致密，不起保护作用。3、电化学腐蚀的概念，与化学腐蚀的区别答案：电化学腐蚀：
4、金属与介质发生电化学反应而引起的变质与损坏。与化学腐蚀比较：是“湿”腐蚀氧化还原发生在不同部位有电流产生与环境电位密切相关第 2 页 共 16 页有次生产物4、解释现象：试验 1：铜块与锌块相互接触，放入稀盐酸介质中，在铜块一侧有氢气产生，而锌块逐渐溶解。试验 2：将铜块与锌块不相互接触，而在体系外用导线连接，若在导线间连接电流表。铜块一侧有氢气产生，而锌块逐渐溶解，电流表针发生转动。试验 3：将锌块置于稀盐酸介质中，可见锌块不断溶解，氢气不断产生。答案：在电动序上，锌比铜易失去电子，电子通过导线或与铜接触面进入铜块，在铜表面将电子传递给氢离子而形成氢气。同时锌离子进入溶液。Zn Zn 2+2
5、e 阳极2H+2e(Cu) H 2 阴极锌块自身在盐酸介质之中的溶解问题的解释：微观动态腐蚀电池。结论：将两种不同电极电位的金属相互接触（或用导线连接）放入同一种电解质溶液中。 现象：电位较正的一端产生气泡，较负的一端会逐渐溶解。5、解释现象：试验：3%NaCl 水溶液 1 滴至光亮的铁片上，加少量铁氰化钾（K 3Fe(CN)6)和酚酞试剂，然后把铁片置于磁场中。现象：在液滴上逐渐产生蓝红相间的斑点，接着液滴中心变蓝，边缘便成粉红，液滴缓慢旋转。答案：解释现象：在液滴上，初期溶解氧一旦被还原，大气中的氧优先溶于液滴边缘，使液滴中心相对贫氧，使整个液滴产生氧浓差。结果：液滴中心较负成为阳极，发生
6、：Fe2e = Fe2+反应。 Fe2+ 与 K3Fe(CN)6 作用，形成蓝色。 液滴边缘部位较正，成为阴极，发生：O 2H 2O4e 4OH 反应。 OH 与酚酞作用，形成粉红色。又由于液滴中心的 Fe2+ 向边缘扩散， OH 向中心扩散，使在铁片内部的电子流向液滴边缘而形成磁场，在外磁场的相互作用下，使液滴发生旋转。6、举例说明氧浓差腐蚀答案：例：金属在土壤中（与土接触点为贫氧，为负极，金属腐蚀；与空气接触点为富氧，为正极，金属不腐蚀。 ）船的吃水线附近（水下为贫氧区，为负极，金属腐蚀；水上为富氧区，金属不腐蚀。搅拌杆与液面接触处（同上） 。7、解释现象：试验：一根铜丝一端置于 0.1m
7、ol/LCuSO4 溶液中，另一端置于 1mol/LCuSO4溶液中。发现，铜丝置于 0.1mol/LCuSO4 溶液中的一端发生腐蚀（不断溶解） 。答案：解释：由于两种浓度的盐通过铜丝组成了同一体系：高浓度一端铜离子有沉积的趋势，低浓度的一端铜有溶解的趋势，则，低浓度一端溶解给出的电子沿铜片流向另一端（高浓度一端） ，以满足沉积铜所需要的电子。只所以发生电子流动，是因为在两端盐浓差使铜丝两端产生电位差。8、解释现象：试验：一根铁丝一端置于高温溶液中，另一端置于低温溶液中。发现，铁丝置于高温溶液中的一端发生腐蚀（不断溶解） 。答案：解释：高温部位金属活性强，易脱离金属表面而氧化，低温区或性弱。
8、这样形成高温区的金属氧化，产生的电子由铁丝流向低温一端，是低温一端的金属离子沉积。各种热交换器、燃烧器等已发生温差腐蚀9、绘出 FeH2O 的 EpH 图，指出保护区、腐蚀区、钝化区和过钝化区。并举例说明该图的应用。答案：第 3 页 共 16 页金属的 EpH 图的应用预计一定条件下的金属腐蚀行为反应金属自发腐蚀热力学倾向指明金属实施保护的可能性与方向总结 EpH 图的规律：上腐蚀、下稳定、两边（左右）腐蚀、中间钝化。常见金属在中性介质中都比较稳定。应用举例：如图 1，当环境条件在红点处时，通过调整酸度可使其进入钝化区；实行阴极保护可使其进入保护区。10、理论电位pH 图的局限性？答案：一些局
9、限性：1由于金属的理论电位pH 图是一种以热力学为基础的电化学平衡图，因此它只能预示金属腐蚀倾向的大小，而不能预测腐蚀速度的大小。第 4 页 共 16 页2图中的各条平衡线，是以金属与其离子之间或溶液中的离子与含有该离子的腐蚀产物之间建立的平衡为条件的，但在实际腐蚀情况下，可能偏离这个平衡条件。3电位pH 图只考虑了 OH-这种阴离子对平衡的影响。但在实际腐蚀环境中，往往存在 Cl-、SO 42-、P0 32-等阴离子，它们可能因发生一些附加反应而使问题复杂化。4理论电位pH 图中的钝化区并不能反映出各种金属氧化物、氢氧化物等究竟具有多大的保护性能。5绘制理论电位pH 图时，往往把金属表面附近
10、液层的成分和 PH 大小等同于整体的数值。实际腐蚀体系中，金属表面附近和局部区域内的 pH 值与整体溶液的 pH 值其数值往往并不相同。因此，应用电位pH 图时，必须针对具体情况，进行具体分析，过分夸大或贬低电位pH 图的作用都是不对的。11、举例说明有哪些可能的阴极去极化剂?当有几种阴极去极化剂同时存在时，如何判断哪一种发生还原的可能性最大?自然界中最常见的阴极去极化反应是什么?答案：（1）氢离子还原反应或析氢反应（电极反应式） ；（2）溶液中溶解氧的还原反应；（3）溶液中高价离子的还原反应；（4）溶液中贵金属离子的还原反应。判断：（G）T，P= nFE（G）T，P= nF（EC - EA）
11、其中：EC 为氧化剂电位； EA 为还原剂电位。因此，E 越负， 反应可能性越最大；有些情况下可利用氧化剂的平衡电极电位 EC 来粗略判断阴极去极化反应的可能性大小。最常见的阴极去极化反应：析氢反应和吸氧反应12、何谓腐蚀极化图?说明其应用。答案：一腐蚀电池，开路时，测得阴、阳极的电位分别为 E0,C 和 E0,A。然后用可变电阻把二电极连接起来，依次使电阻 R 值由大变小，电流则由零逐渐变大，相应地测出各电流强度下的电极电位，绘出阴、阳极电位与电流强度的关系图，就是腐蚀极化图。因此，腐蚀极化图是一种电位电流图，它是把表征腐蚀电池特征的阴、阳极极化曲线画在同一张图上构成的。腐蚀极化图的应用（1
12、）极化图用于分析腐蚀速度的影响因素(a)腐蚀速度与腐蚀电池初始电位差的关系：腐蚀电池的初始电位差（EO,C- EO,A )，是腐蚀的原动力；（例氧化性酸对铁的腐蚀；不同金属平衡电位对腐蚀电流的影响）(b)极化性能对腐蚀速度的影响：若腐蚀电池的欧姆电阻很小，则极化性能对腐蚀电流有很大的影响；（例钢在非氧化酸中的腐蚀极化图）(c)溶液中含氧且及络合剂对腐蚀速度的影响；（例铜在含氧酸及氰化物中腐蚀极化图）(d)其他影响腐蚀速度的因素，如阴、阳极面积比和溶液电阻等。（2）腐蚀速度控制因素：阳极控制、阴极控制、混合控制和欧姆控制。13、试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。答
13、案：第 5 页 共 16 页14、混合电位理论的基本假说是什么?答案：混合电位理论包含两项基本假说：（1）任何电化学反应都能分成两个或两个以上的氧化分反应和还原分反应。（2）电化学反应过程中不可能有净电荷积累。根据混合电位理论，腐蚀电位是由同时发生的两个电极过程，即金属的氧化和腐蚀剂的还原过程共同决定的，是腐蚀体系的混合电位。因此，根据腐蚀极化图很容易确定腐蚀电位并解释各种因素对腐蚀电位的影响。而根据腐蚀电位的变化却不能准确判断腐蚀速度的大小或变化。必须测定相应的极化曲线，根据腐蚀极化图或动力学方程式才能确定腐蚀速度，研究腐蚀动力学过程和机理。15、何谓差异效应?产生负差异效应的原因是什么？（
14、1） 答案：差异效应现象和定义图中开关又断开的情况下，锌试样处于自腐蚀状态，锌上的析氢速度为 V0。然后接通开关，使锌试样与同溶液中的电位正的金属铂连通，锌上的析氢速度为 V1，则100%100%第 6 页 共 16 页（2）差异效应的腐蚀极化图解释（3）负差异效应，及其形成原因16、为什么说防腐就是防水？（可从极化与去极化角度解释）答案：在一般情况下，具备腐蚀电池条件后，腐蚀初始速度较大，但很快变慢，直至很小。此现象称为极化现象。但当环境有水存在时，会发生：氢去极化腐蚀：氢离子还原为氢气。酸性介质中： 2H +2e H 2 反应步骤如下： H + H2 O H + H 2 OH+ M（e）
15、MHMH MH H 2 2M或 MH H + M（e） H 2 2M碱性介质中：H2OM（OH -） OH -M(H 2O )M(H2O ) M（ H） OH -M（ H） M（ H） H 2 2M氢离子小，得电子后变相，使反应不断进行，去极化能力强。氧去极化腐蚀氧分子在阴极上的还原反应(生成 H2O、OH -)的电化学腐蚀称为氧去极化腐蚀。由于氧分子的非离子化，氧分子在溶液中的溶解度较小（常压下最高浓度约为10-4mol/L）,所以，氧向金属表面的输送过程如下：通过空气-溶液界面融入溶液，以对流或扩散方式通过溶液的主要厚度层，以扩散方式通过金属表面的溶液静止层而到达金属表面。第 7 页 共
16、16 页一般认为步骤是传质最慢步骤。在酸性介质中氧电极过程为：形成半价氧离子 O 2 e O 2-形成二氧化一氢 O 2- H + HO 2形成二氧化一氢离子 HO 2 e HO 2- 形成过氧化氢 HO 2- H + H 2O2形成水 H 2O2 2H + 2e 2H 2O或 H 2O2 1/2 O 2 H 2O总反应 O 2 4H + 4e 2H 2O 一般认为，第一步骤为控制步骤。氢离子小，来源广泛，还原产物离开溶液。总的表现出氢去极化能力很强。氧在水中溶解有限，扩散速度较慢，但过电位较小。总的表现出氧去极化能力相对较小。结论：H +(H2O)和 O2 是防腐的主要敌人，防腐应该说就是防
17、水、防酸和防氧。显然，去湿，调整 pH 值，除氧是防腐的首要问题。17、金属钝化的概念及钝化图和应用答案：金属在腐蚀过程中，由于极化，尤其是阳极极化，使腐蚀速度急剧下降，这在金属防腐中有重要意义。要利用这一现象，即必须研究金属极化的规律。由于阳极极化使金属的腐蚀减缓，因此，把阳极极化称为金属的钝化。钝化过程可划为四个阶段I E0 E1 E4E3E2I 1 I 2 I 3-4 活化溶解区：随电位升高值 E1,电流密度由 I1 逐渐增加至 I2,电位达到 E2 就不再增加。称 E1 为初始电位，称 I1 为初始电流密度， E 2 为致钝电位， I 2 为致钝电流密度。 人们称 E1E2 区为活化溶
18、解区。活化钝化过渡区：电位到达 E2 之后阻隔阳极过程的氧化膜不但生成和溶解，随着电位的升高，氧化膜越来越完整。这段电流测得的是上下抖动的虚线。但电位到达 E3 时，电流密度稳定一较小值 I3 。人们称 E3 对应的电流密度 I3 为维钝电流密度，称 E2E3 区为活化钝化过渡区。第 8 页 共 16 页钝化区：电位到达 E3 后，随电位升至 E4 时，电流密度始终维持在 I3 。 在 E3E4电位区间内，当电流密度小于 I3 时，金属就会再度腐蚀。这对阳极实施电化学保护有重要意义。人们称 E3E4 电位区间为钝化区。过钝化区：当电位到达 E4 后继续升高，形成的氧化膜物质可能被氧化成更高价阳
19、离子或变成可溶性阴离子或升华，或再更高的为电场作用下，氧化膜的半导体性质已不能够保护金属的进一步氧化。从而使腐蚀再度开始并加剧。人们称大于 E4 电位为过钝化区。结论：由金属钝化过程IE 曲线可知，具有意义的是钝化区。这一区域可使金属处于保护。要达到这一区域，金属充当阳极时的外电位与电流密度必须控制到这一区域。若不是外加电压和电流，金属与钝化剂及环境要有较好的对应和选择。显然，钝化区的 E3 越低，E 4 越高，其钝化能力越强。越易实现阳极保护。18、关于金属钝化的解释有几种理论？简述各理论并比较？（1）成相膜理论这种理论认为，当金属阳极溶解时，可以在金属表面生成一层致密的、覆盖得很好的固体产
20、物薄膜。这层产物膜构成独立的固相膜层，把金属表面与介质隔离开来，阻碍阳极过程的进行，导致金属溶解速度大大降低，使金属转入钝态。（2）吸附理论吸附理论认为，金属钝化是由于表面生成氧或合氧粒子的吸附层，改变了金属/溶液界面的结构，并使阳极反应的活化能显著提高的缘故。即由于这些粒子的吸附，使金属表面的反应能力降低了，因而发生了钝化。（3）两种理论的比较共同点；差异点19、什么叫局部腐蚀？为什么说局部腐蚀比全面腐蚀更有害？答案：全面腐蚀：腐蚀在整个金属表面上进行。局部腐蚀：腐蚀集中在金属表面局部，大部分几乎不发生腐蚀。全面腐蚀的阴阳极尺寸微小且紧密靠拢、动态变化不定，在微观上难以分辨，在宏观上更不能区
21、别。局部腐蚀的阴阳极区独立存在，至少在微观上可以分开。阳极区面积小，阴极区面积大。有人把全面腐蚀归为化学腐蚀，把局部腐蚀归为化学腐蚀。很明显，全面腐蚀可以预测，易于观察变化，容易预防和发现，危害较小；对于局部腐蚀，由于发生在局部，甚至发生在金属的内部，极具隐蔽性，不易观察和发现，往往预测不到而毫无预兆突然发生，危害性较大。目前，由于局部腐蚀的预测和防止还存在困难，故局部腐蚀引发的突然灾难事故，远远大于全面腐蚀带来的事故。20、电偶腐蚀的概念、因素、控制答案：电偶腐蚀的概念异金属在同一介质中接触，由于腐蚀电位不相等有电偶电流通过，是电位较低的金属加速溶解，造成接触处的局部腐蚀；而电位较高的金属，
22、溶解速度反而减少。上述的本质是两种不同的金属电极构成宏观原电池腐蚀，称为电偶腐蚀，亦称接触腐蚀或双金属腐蚀。例一：沿海一硫酸厂，SO 2 冷凝器采用内管石墨（走 SO2 ） ，外管为碳钢（走冷凝海水） 。石墨与碳钢在套接上有局部连接。使用半年后，局部腐蚀穿孔。例二：各种金属管道中的连接处、转弯处沉积的异金属离子，都会构成电偶腐蚀。例三：金属连接的螺丝、铆钉、焊接材料等等影响电偶腐蚀的因素第 9 页 共 16 页两种金属的电偶序位置 两种金属的面积比：阳极的腐蚀速度 与阴极的面积大小有关阴极的面积越大，腐蚀速度越快。阴极面积 Sk ,阳极面积 Sa,二者之比为： S k / Sa。阳极的腐蚀速度
23、有： =k Sk / Sa 在氢去极化腐蚀时，阴极面积相对较大时，阴极电密度相对较小，使阴极上的氢过电位变小，氢去极化的能力就越大，使阳极的腐蚀速度增加。在氧去极化腐蚀时，阴极面积相对较大时，对阳极腐蚀速度影响相对于氢去极化腐蚀较小，但还是会加剧阳极腐蚀。介质的电导率：介质是电化学腐蚀的离子导体，异金属共处于同一介质中接触处为电子导体。当电子导体电阻很小时，离子导体的导电能力决定腐蚀速度。当介质有较强的导电能力时(强电解质溶液）阳极的表面（四面八方）都可发生腐蚀（偶电流可分散到远离接触点的阳极表面上去，阳极所受腐蚀较为均匀） ，容易观察到表面的腐蚀痕迹。容易预防。当介质有较弱的导电能力时(弱电
24、解质溶液）阳极的大部分表面（四面八方）不发生腐蚀（偶电流不能分散到远离接触点的阳极表面上去） ，容易在接触点附近发生腐蚀，结果相当于缩小了阳极面积，加大了接触点的腐蚀速度，且腐蚀点隐藏在不易观察的接触面上，不以预防，危害较大。电偶腐蚀的控制在设计设备与部件时，避免异金属腐蚀必需异金属接触时，选用电偶序相近的异金属必需异金属接触时，采用大阳极小阴极的结构必需异金属接触时，采用非金属绝缘必需异金属接触时，要进行较好的表面处理21、小孔腐蚀的概念、特征、因素与控制答案：小孔腐蚀的概念：在金属的局部地区，出现向深部发展的腐蚀小孔，其余地区不腐蚀或腐蚀轻微，这种腐蚀形态称为小孔腐蚀，简称孔蚀或称点蚀。具
25、有自钝化的金属（含合金） ，如不锈钢、铝、铝合金，钛或钛合金等，碳钢在氧化皮或绣层有孔隙的情况下，在含有氯离子的介质中，经常发生小孔腐蚀。金属小孔腐蚀的特征蚀孔小，直径约为数 10 微米；蚀孔深：深度一般大于孔径；疏密不等，多少不一。空口多数有腐蚀产物覆盖。腐蚀开始到暴露（肉眼可见）一般要经历 200 天以上。 （诱导期较长）孔蚀沿重力方向发展，一旦形成蚀孔，具有“向下深挖”的动力。一些蚀孔在外界影响下，可能停止发展，留下一些蚀坑；少数蚀孔继续发展，甚至穿透金属。影响小孔腐蚀的因素金属性质的因素：自钝化金属敏感介质中离子的影响：尤利格等人确定氯离子浓度与电位的关系:18-8 不锈钢 E b=
26、- 0.088 Cl + 0.108铝 E b= - 0.124 Cl - 0.0504人们称 Cl 是小孔腐蚀的“激发剂” 。第 10 页 共 16 页但介质中有 FeCl3 、CuCl 2、HgCl 2 时，不仅具备了氯离子条件，还具备了氧化剂条件，即使在缺氧条件下也会发生小孔腐蚀。为什么？温度和酸度：影响不明显。 （条件环境是使金属钝化，非钝化环境条件不是这里讨论的问题）介质流速影响介质的流速对对小孔腐蚀有双重作用：流速增加，加大溶解氧向金属表面传送，使钝化膜易形成；流动的介质带走了金属表面的沉积物，除去了小孔腐蚀的封闭环境，减少了小孔腐蚀的机会。实验：将 1Cr13 不锈钢片置于 50
27、 、流速 0.13m/s 的海水中， 1 个月后发生小孔腐蚀并穿孔；当海水流速增加到 2.5m/s 时，13 个月后无小孔腐蚀；当流速到形成湍流，钝化膜经不起冲刷而破坏，产生另一类腐蚀磨损腐蚀。经验使我们会看到：不锈钢设备经常运转，小孔腐蚀较轻，长期不使用易发生小孔腐蚀。金属的表面状态：平整程度、清洁程度、焊渣、伤痕等小孔腐蚀的控制选用耐小孔腐蚀的材料：降低介质中氯离子浓度加入缓蚀剂预钝化外加阴极电流保护22、缝隙腐蚀的概念、特点与控制。缝隙腐蚀与小孔腐蚀的区别？答案：缝隙腐蚀的概念：金属在腐蚀介质中，由于金属与金属或金属与非金属之间形成特别小的缝隙，使缝隙内介质处于滞留状态，引起缝隙内金属加
28、剧腐蚀。典型例子：法兰连接面，螺母压紧面，焊缝气孔或虚焊面，锈层，长期密不透风的覆盖物下面等。缝隙腐蚀的特点：缝隙大小约在 0.025 0.1mm 之间（肉眼不易分辨） 。当缝隙宽度大于0.1mm 后，缝隙内的介质不易滞留，不易发生缝隙腐蚀。缝隙腐蚀的金属比小孔腐蚀更为普遍，除易钝化金属易发生外，其他金属也发生缝隙腐蚀。缝隙腐蚀的介质比小孔腐蚀更为普遍，几乎所有的介质环境下都可发生缝隙腐蚀，而在活泼性阴离子的中性介质中最易发生。缝隙腐蚀的控制选材上采用耐蚀合金：结构设计上防止形成缝隙： 腐蚀程度 金属之间镙杆（栓）连接 叠（加）焊（接） 对（齐）焊（接） 。对缝隙用固体填实。采用电化学保护金属表面的状态：光洁度、整洁度缝隙腐蚀与小孔腐蚀的异同点起源不同：小孔腐蚀起源于金属表面的孔蚀核，缝隙腐蚀起源于金属表面的特小缝隙；材料、介质条件不同：小孔腐蚀，易钝化金属，只在含有 Cl 离子的介质中发生，缝隙腐蚀可在任何金属、介质中发生；
